{"id":630,"date":"2026-05-12T03:28:13","date_gmt":"2026-05-12T03:28:13","guid":{"rendered":"https:\/\/isbm-machine.com\/?p=630"},"modified":"2026-05-12T03:28:13","modified_gmt":"2026-05-12T03:28:13","slug":"experimental-study-of-the-injection-stretch-blow-molding-process","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/isbm-machine.com\/de\/application\/experimental-study-of-the-injection-stretch-blow-molding-process\/","title":{"rendered":"Experimentelle Untersuchung des Spritzstreckblasformverfahrens"},"content":{"rendered":"
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Experimentelle Untersuchung des Spritzstreckblasformverfahrens: Prozessparameter, Charakterisierungsmethoden und Einblicke in die Industrie<\/span><\/h1>\n

Ein technisches Nachschlagewerk, das die experimentelle ISBM-Prozesswissenschaft, wichtige Prozess-Eigenschafts-Beziehungen und deren Anwendung in der kommerziellen Produktionstechnik abdeckt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Experimentelle Untersuchung des Spritzstreckblasformverfahrens: Prozessparameter, Charakterisierungsmethoden und industrielle Erkenntnisse<\/h2>\n

Das Spritzstreckblasformverfahren wird von einem komplexen Zusammenspiel verschiedener Parameter bestimmt \u2013 Einspritzgeschwindigkeit, Schmelzetemperatur, Temperatur der Konditionierungsstation, Streckstangengeschwindigkeit, Blasluftdruck und Blaszeitpunkt \u2013, die gemeinsam die im fertigen Beh\u00e4lter erreichte biaxiale Orientierung und damit dessen mechanische Eigenschaften und Barriereeigenschaften festlegen. Das Verst\u00e4ndnis des Zusammenhangs zwischen diesen Prozessvariablen und den resultierenden Beh\u00e4ltereigenschaften ist Gegenstand experimenteller Prozessstudien. Die Erkenntnisse aus solchen Untersuchungen lassen sich direkt in die Optimierung der kommerziellen Produktion einbringen.<\/p>\n

Dieser Artikel gibt einen \u00dcberblick \u00fcber die wichtigsten Methoden der experimentellen Untersuchung des ISBM-Verfahrens, die zentralen Prozess-Eigenschafts-Beziehungen, die experimentell ermittelt wurden, und die praktischen Implikationen dieser Erkenntnisse f\u00fcr Produktionsingenieure und Maschinenplaner, die ISBM-Anlagen kommerziell betreiben. Er richtet sich an technisch orientierte Leser \u2013 Verfahrenstechniker, Verpackungsexperten in der Forschung und Entwicklung sowie Qualit\u00e4tsmanager \u2013, die die wissenschaftlichen Grundlagen der von ihnen t\u00e4glich gesteuerten Prozessparameter verstehen m\u00f6chten.<\/p>\n

\"Charakterisierung<\/p>\n

Es zeigt auch, warum Spritzstreckblasformverfahren<\/strong> implementiert auf der aktuellen Generation einstufige Spritzstreckblasformmaschine<\/strong> Die Konstruktionen spiegeln jahrzehntelange Erfahrung in der Prozesswissenschaft wider und erkl\u00e4ren, warum die von f\u00fchrenden Herstellern angebotenen servoelektrischen Maschinenarchitekturen so fortschrittlich sind. Hersteller von Spritzstreckblasformmaschinen<\/strong> sind die direkte kommerzielle Umsetzung von Prozesserkenntnissen, die durch experimentelle Forschung gewonnen wurden.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Was experimentelle ISBM-Studien messen<\/h2>\n

Experimentelle ISBM-Prozessstudien zielen typischerweise darauf ab, eine oder mehrere der folgenden Ausgabegr\u00f6\u00dfen als Funktion der Prozesseingangsparameter zu charakterisieren.<\/p>\n

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Wanddickenverteilung<\/h4>\n

Die r\u00e4umliche Verteilung der Wandst\u00e4rke im Beh\u00e4lter ist das prim\u00e4re geometrische Ergebnis des ISBM-Prozesses. Gemessen mittels Ultraschall-Dickenmessger\u00e4t oder zerst\u00f6render Schnittpr\u00fcfung, ist die Wandst\u00e4rkenverteilung ein direkter Indikator f\u00fcr die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit des Streckverh\u00e4ltnisses und das Formf\u00fcllverhalten unter den untersuchten Blasbedingungen.<\/p>\n<\/div>\n

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\ud83d\udcd0<\/div>\n

Biaxialer Orientierungsgrad<\/h4>\n

Der Grad der molekularen Orientierung in der Wand des geblasenen Beh\u00e4lters wird mittels Doppelbrechungsmessung (optische Verz\u00f6gerung durch die Wand), Weitwinkel-R\u00f6ntgenbeugung (Kristallinit\u00e4t bei teilkristallinen Harzen) und polarisierter IR-Spektroskopie (Orientierungsverh\u00e4ltnis) quantifiziert. Diese Techniken zeigen, wie verschiedene Prozessparameter den erreichten Orientierungsgrad an unterschiedlichen Stellen im Beh\u00e4lter beeinflussen.<\/p>\n<\/div>\n

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\ud83d\udcaa<\/div>\n

Mechanische Eigenschaften<\/h4>\n

Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Druckfestigkeit unter Hauptlast, Fallsto\u00dffestigkeit und ESCR werden an Beh\u00e4ltern gemessen, die unter verschiedenen Prozessbedingungen hergestellt wurden, um quantitative Prozess-Eigenschafts-Beziehungen zu ermitteln.<\/p>\n<\/div>\n

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\ud83d\udee1\ufe0f<\/div>\n

Barriereeigenschaften<\/h4>\n

Bei PET- und mehrschichtigen ISBM-Beh\u00e4ltern werden die Sauerstoffdurchl\u00e4ssigkeitsrate (OTR) und die Kohlendioxidretention als Funktionen von Prozessparametern gemessen, da die Barriereleistung empfindlich auf den Orientierungsgrad und die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit reagiert.<\/p>\n<\/div>\n

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\ud83c\udf21\ufe0f<\/div>\n

Thermisches Profil in der Vorform<\/h4>\n

Die Infrarot-Thermografie oder die Thermoelement-Instrumentierung der Vorformlingoberfl\u00e4che am Eintritt in die Blasstation charakterisiert den thermischen Zustand beim Eintritt in die biaxiale Orientierung und stellt so den Zusammenhang zwischen Konditionierungsparametern und der Positionierung des Blasfensters her.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Wichtige Prozess-Eigenschafts-Beziehungen, die durch experimentelle Arbeiten ermittelt wurden<\/h2>\n

Konditionierungstemperatur vs. Wanddickengleichm\u00e4\u00dfigkeit<\/h3>\n

Experimentelle Studien belegen \u00fcbereinstimmend, dass die Temperatur der Konditionierungsstation die prim\u00e4re Kontrollvariable f\u00fcr die Wanddickenverteilung beim einstufigen ISBM ist. Liegt die Vorformtemperatur an der Blasstation unterhalb des optimalen Blasfensters \u2013 zu nahe an der Glas\u00fcbergangstemperatur bei amorphen Harzen oder zu nahe am Kristallisationsbeginn bei teilkristallinen Harzen \u2013 widersteht die Vorform der Dehnung ungleichm\u00e4\u00dfig, wodurch lokal dicke Bereiche entstehen, in denen das Material erstarrt ist, bevor eine ausreichende Orientierung erreicht wurde.<\/p>\n

Untersuchungen mittels Infrarot-Thermografie zur Kartierung der Vorformling-Oberfl\u00e4chentemperatur am Eingang der Blasstation haben gezeigt, dass bereits eine Temperaturasymmetrie von 5\u20138 \u00b0C entlang des Vorformling-Umfangs messbare Wanddickenasymmetrien im Blasbeh\u00e4lter verursacht. Diese Empfindlichkeit gegen\u00fcber einer ungleichm\u00e4\u00dfigen Temperaturverteilung ist der Hauptgrund daf\u00fcr, dass f\u00fchrende Maschinenhersteller Konditionierungsstationen mit mehrzoniger, unabh\u00e4ngiger Temperaturregelung und Direktkontakt-Werkzeugen anstelle von Konvektionsheizverfahren ausstatten.<\/p>\n

\"Experimentelle<\/p>\n

Dehnungsstangengeschwindigkeit vs. axiale Ausrichtung<\/h3>\n

Experimentelle Untersuchungen der Auswirkungen der Streckstabgeschwindigkeit zeigen, dass f\u00fcr jede Harz-Vorformling-Kombination ein optimaler Geschwindigkeitsbereich existiert. Unterhalb dieses Bereichs verformt sich das Material zu langsam und entspannt sich teilweise, bevor die biaxiale Orientierung durch Abk\u00fchlung an der Blasform fixiert werden kann. Oberhalb dieses Bereichs kann die schnelle Verformung lokale Einschn\u00fcrungen oder vorzeitige Kristallisation in Streckrichtung ausl\u00f6sen. Der optimale Bereich liegt typischerweise bei 50\u2013200 mm\/s f\u00fcr kommerzielle Beh\u00e4lteranwendungen, variiert jedoch erheblich in Abh\u00e4ngigkeit vom Molekulargewicht des Harzes und der Verarbeitungstemperatur.<\/p>\n

Blasluftdruck und -zeitpunkt vs. Ausrichtungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit<\/h3>\n

Das zeitliche Verh\u00e4ltnis zwischen der Streckstangenverl\u00e4ngerung und der Zufuhr von Blasluft ist einer der prozesssensibelsten Parameter beim ISBM und war Gegenstand zahlreicher experimenteller Studien, in denen die Verformung des Vorformlings w\u00e4hrend des Blasprozesses mittels Hochgeschwindigkeitsfotografie visualisiert wurde. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine optimale Orientierungsgleichm\u00e4\u00dfigkeit erreicht wird, wenn Niederdruck-Vorblasluft zugef\u00fchrt wird, sobald die Streckstange etwa 60\u201370% ihres maximalen Hubs erreicht hat. Dadurch wird ein Aufbl\u00e4hen des Vorformlings verhindert, bevor die Streckstange die axiale Verformung steuern kann. Der Zeitpunkt des Hochdruck\u00fcbergangs bestimmt anschlie\u00dfend das radiale Streckverh\u00e4ltnis und die endg\u00fcltige Wandst\u00e4rkeverteilung.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Experimentelle Charakterisierungstechniken in der ISBM-Prozessforschung<\/h2>\n

Doppelbrechungsmessung<\/h3>\n

Doppelbrechung \u2013 die Differenz des Brechungsindex zwischen der Orientierungsrichtung und der Querrichtung in der Beh\u00e4lterwand \u2013 ist die am weitesten verbreitete Methode zur Quantifizierung der Molek\u00fclorientierung in der ISBM-Forschung. Eine h\u00f6here Doppelbrechung deutet auf eine st\u00e4rkere Orientierung hin. Die Kartierung der Doppelbrechung \u00fcber die H\u00f6he und den Umfang des Beh\u00e4lters zeigt Orientierungsgradienten, die mit der Ungleichm\u00e4\u00dfigkeit der Wandst\u00e4rke und der Variation der mechanischen Eigenschaften korrelieren.<\/p>\n

Differenzialscanningkalorimetrie (DSC)<\/h3>\n

Die DSC wird in experimentellen ISBM-Studien von teilkristallinen Kunststoffen \u2013 insbesondere HDPE und PP \u2013 eingesetzt, um die Kristallinit\u00e4t der Beh\u00e4lterwand in Abh\u00e4ngigkeit von den Prozessparametern zu charakterisieren. Da die Kristallinit\u00e4t beim ISBM sowohl durch den Orientierungsmechanismus als auch durch die thermische Vorgeschichte des Blaszyklus beeinflusst wird, liefert die DSC direkte Hinweise darauf, wie Konditionierungstemperatur, Streckverh\u00e4ltnis und Blasformtemperatur gemeinsam die Kristallmorphologie und damit die Barriere- und mechanischen Eigenschaften des fertigen Beh\u00e4lters beeinflussen.<\/p>\n

\"ISBM<\/p>\n

Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE)<\/h3>\n

Industrielle experimentelle ISBM-Studien nutzen meist Methoden der Versuchsplanung \u2013 faktorielle Versuchspl\u00e4ne, zentrale zusammengesetzte Versuchspl\u00e4ne oder die Response-Surface-Methodik \u2013, um den mehrdimensionalen Prozessparameterraum mit einer minimalen Anzahl an Versuchen effizient abzubilden. Versuchsplanungsans\u00e4tze erm\u00f6glichen die Identifizierung von Wechselwirkungen zwischen Parametern \u2013 beispielsweise die Wechselwirkung zwischen Konditionierungstemperatur und Blasluftdruck auf die Wanddickengleichm\u00e4\u00dfigkeit \u2013, die bei Ans\u00e4tzen, die jeweils nur eine Variable betrachten, unentdeckt blieben.<\/p>\n

Hochgeschwindigkeitsfotografie und Finite-Elemente-Analyse<\/h3>\n

Die Visualisierung der Vorformverformung w\u00e4hrend des Blasvorgangs mittels Hochgeschwindigkeitskameras liefert direkte experimentelle Belege f\u00fcr das Blasverhalten und erg\u00e4nzt so die Messungen der Materialeigenschaften fertiger Beh\u00e4lter. Die Finite-Elemente-Modellierung (FEM) des ISBM-Blasvorgangs \u2013 unter Verwendung von Materialmodellen, die anhand experimenteller Messungen des mechanischen Verhaltens von Harz unter Streckblasbedingungen kalibriert wurden \u2013 erm\u00f6glicht es Verfahrenstechnikern, die Wanddickenverteilung f\u00fcr neue Beh\u00e4ltergeometrien vor der Werkzeugfertigung vorherzusagen.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Industrielle Implikationen: Anwendung experimenteller Erkenntnisse auf die Produktion ISBM<\/h2>\n

Der praktische Wert der experimentellen ISBM-Prozesswissenschaft liegt in ihrer Umsetzung in Wissen \u00fcber Produktionsverfahren \u2013 validierte Prozessfenster, Rangfolgen der Parameterempfindlichkeit und Rahmenwerke zur Fehlerbehebung, die Produktionsingenieure direkt auf den Maschinenbetrieb anwenden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die experimentelle Erkenntnis, dass die Konditionierungstemperatur die prim\u00e4re Variable f\u00fcr die Wanddickengleichm\u00e4\u00dfigkeit beim einstufigen ISBM ist, flie\u00dft direkt in die Maschinenauslegung ein: Eine Temperaturregelungsgenauigkeit der Konditionierungsstation von \u00b11 \u00b0C oder besser, eine unabh\u00e4ngige Temperaturregelung in mehreren Zonen und eine Temperatur\u00fcberwachung in Echtzeit sind technische Anforderungen, die sich direkt aus der Verfahrenstechnik ergeben. Moderne servo-elektrische ISBM-Maschinen f\u00fchrender Hersteller implementieren diese Merkmale standardm\u00e4\u00dfig, und die damit erzielten Verbesserungen der Produktionsqualit\u00e4t stimmen quantitativ mit den in experimentellen Prozessstudien vorhergesagten Effekten \u00fcberein.<\/p>\n

In \u00e4hnlicher Weise trug die experimentelle Charakterisierung der Geschwindigkeits- und Zeiteffekte der Streckstange direkt zum \u00dcbergang von der hydraulischen Streckstangenbet\u00e4tigung \u2013 bei der Position und Geschwindigkeit durch hydraulische Str\u00f6mungseigenschaften bestimmt werden, die sich mit der \u00d6ltemperatur, dem Ventilzustand und dem Systemdruck \u00e4ndern \u2013 zu servo-elektrischen Streckstangenantriebssystemen bei, bei denen Position und Geschwindigkeit pr\u00e4zise programmierbar und zykluswiederholbar sind, und zwar mit Toleranzen, die um eine Gr\u00f6\u00dfenordnung enger sind als bei hydraulischen Alternativen.<\/p>\n

Als engagierter ISBM-Maschinenhersteller<\/a>Die Konstruktionsphilosophie von Ever-Power basiert auf der Prozesswissenschaft \u2013 jede Funktion des Steuerungssystems, jede Spezifikation der Servoachse und jede Entscheidung im Bereich der Werkzeugaufbereitung spiegelt die etablierten Prozess-Eigenschafts-Beziehungen wider, die durch experimentelle ISBM-Forschung quantifiziert wurden. Als Komplettanbieter Lieferant von Spritzgussmaschinen von ISBM<\/a>Wir bringen dieses Prozesswissen in die Werkzeugkonstruktion, die Optimierung der Vorformlingsgeometrie und die Spezifikation der Werkzeugkonditionierung ein. F\u00fcr Organisationen, die bewerten ISBM-Maschine zu verkaufen<\/strong> Alternativ bieten wir eine Dokumentation zur Prozessf\u00e4higkeit an, die aufzeigt, wie unsere Maschinenkonstruktion die experimentelle Prozesswissenschaft in Produktionsleistung umsetzt.<\/p>\n<\/div>\n<\/section>\n

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H\u00e4ufig gestellte Fragen<\/h2>\n
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Welche Prozessparameter haben den gr\u00f6\u00dften Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von ISBM-Beh\u00e4ltern?<\/h3>\n

Experimentelle Untersuchungen zeigen \u00fcbereinstimmend, dass die Temperatur der Konditionierungsstation, die Streckstangengeschwindigkeit und -weg sowie der Zeitpunkt der Einblasluftzufuhr den gr\u00f6\u00dften Einfluss auf den Grad der biaxialen Orientierung und damit auf die mechanischen Eigenschaften haben. Die Konditionierungstemperatur steuert die Position des Einblasfensters (den thermischen Zustand beim Eintritt in die biaxiale Orientierung), die Streckstangengeschwindigkeit und -weg bestimmen den Grad der axialen Orientierung, und der Zeitpunkt der Einblasluftzufuhr relativ zur Streckstangenposition bestimmt die radiale Orientierung und die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit der Wandst\u00e4rkeverteilung. Die Spritzgussparameter beeinflussen die Vorformlingsqualit\u00e4t, welche den Ausgangszustand des Materials f\u00fcr die Orientierungsphase bestimmt.<\/p>\n<\/div>\n

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Wie k\u00f6nnen Forscher den ISBM-Prozess untersuchen, ohne die Produktionsbeh\u00e4lter zu zerst\u00f6ren?<\/h3>\n

Zerst\u00f6rungsfreie Charakterisierungsverfahren sind in der ISBM-Prozessforschung von gro\u00dfer Bedeutung. Die Doppelbrechungskartierung nutzt polarisiertes Licht, das ohne Schneiden durch die Beh\u00e4lterwand transmittiert wird. Die Ultraschall-Wanddickenmessung erfasst die Wandverteilung ohne Schnitte. Die Infrarot-Thermografie kartiert die Vorformlingstemperatur zerst\u00f6rungsfrei. F\u00fcr Eigenschaften, die mechanische Pr\u00fcfungen erfordern \u2013 Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, ESCR \u2013 stellen Forscher typischerweise spezielle Versuchsreihen her und opfern Beh\u00e4lter in standardisierten Testverfahren. Hochgeschwindigkeitsfotografie w\u00e4hrend der Blasphase erm\u00f6glicht die zerst\u00f6rungsfreie, direkte Visualisierung des Verformungsprozesses.<\/p>\n<\/div>\n

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Gibt es standardisierte Testmethoden zur Charakterisierung der Qualit\u00e4t von ISBM-Containern?<\/h3>\n

Ja. F\u00fcr die Charakterisierung von ISBM-Beh\u00e4ltern gelten mehrere ASTM- und ISO-Normen: ASTM D2659 (Druckfestigkeit von oben), ASTM D2911 (Ma\u00dftoleranzen f\u00fcr Verschl\u00fcsse), ASTM D1693 und F1473 (ESCR f\u00fcr Polyethylen), ASTM D638 (Zugfestigkeit von Kunststoffen), ISO 2554 (Kunststoffflaschen) und ASTM D7191 (Ultraschallmessung von Polymerverpackungsw\u00e4nden). Speziell f\u00fcr PET regelt ASTM D5265 die Messmethodik der Doppelbrechung. Pharmazeutische Beh\u00e4lter werden zus\u00e4tzlich gem\u00e4\u00df den Monographien von USP und EP charakterisiert.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Unsere ISBM-Maschinenprodukte<\/h2>\n

Das komplette Sortiment von Ever-Power an einstufigen Spritzstreckblasformmaschinen \u2013 von K\u00f6rperpflegeprodukten bis hin zu gro\u00dfen Industriebeh\u00e4lteranwendungen.<\/p>\n

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\"EP-HGYS150-V4\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGYS150-V4 Ein-Schritt-Spritzstreckblasformmaschine<\/a><\/p>\n

Vier-Stationen 150kN \u2014 K\u00f6rperpflege & Pharmazeutika, 50ml\u2013500ml.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"EP-HGYS150-V4-EV\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGYS150-V4-EV Vollst\u00e4ndig servogesteuerte Ein-Schritt-ISBM-Maschine<\/a><\/p>\n

Vollst\u00e4ndig servoelektrisch \u2014 30\u201350% Energieeinsparung, pr\u00e4zise Wiederholgenauigkeit.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"EP-HGYS200-V4-B\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGYS200-V4-B Ein-Schritt-Spritzstreckblasformmaschine<\/a><\/p>\n

200 kN Vier-Stationen-Container \u2013 Haushaltschemikalien- und Agrochemikalienbeh\u00e4lter.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"EP-HGY250-V4-B\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGY250-V4-B Ein-Schritt-Spritzstreckblasformmaschine<\/a><\/p>\n

250 kN Vier-Stationen-Anlage \u2014 Beh\u00e4lter 500 ml\u20132000 ml mit komplexer Geometrie.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"EP-HGYS280-V6\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGYS280-V6 Ein-Schritt-Spritzstreckblasformmaschine<\/a><\/p>\n

Sechs Stationen 280kN \u2014 dickwandige Container, verl\u00e4ngerte Verweilzeit bei der Konditionierung.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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\"EP-HGY650-V4\"<\/a><\/p>\n

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EP-HGY650-V4 Ein-Schritt-Spritzstreckblasformmaschine<\/a><\/p>\n

650 kN Schwerlastausf\u00fchrung \u2013 gro\u00dfe Industriebeh\u00e4lter bis zu 5 l.<\/p>\n

Details anzeigen \u2192<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n

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Flaschenmustergalerie<\/h2>\n

Container, die auf Ever-Power ISBM-Maschinen in globalen Anwendungen hergestellt werden<\/p>\n

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\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe\"Flaschenprobe<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n